基于物聯網探討智慧農業大棚系統的設計

蔣益峰

[摘 要] 近年來，物聯網技術已經成為了國際互聯網信息領域的熱點研究課題，它代表了人類未來網絡發展的整體趨勢。在以信息傳輸、智能自動化為主的現代農業中應用物聯網技術是一種全新的嘗試也是挑戰。本文就圍繞該技術探討了智慧農業大棚系統中的灌溉模型設計算法與應用實現，證明物聯網與現代化農業相結合的有效性。

[關鍵詞] 物聯網 智慧農業大棚系統 大棚灌溉模型 設計 應用

[中圖分類號] S625 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650 （2016）04-0082-01

在農業產業中，物聯網是形成農業工程項目的重要基礎技術之一?，F如今，技術越來越發達的物聯網技術正在一步步融入農業生產，它不僅能夠智能部署農業生產現場的種植環境、采集溫度、濕度、光照、病蟲害以及二氧化碳濃度等等圖像數據信息，也能夠組建監控網絡，實現對農業生產環境的全時段感知和預警，輔助農業生產作出智能化科學決策，實現精確化種植與可視化管理?？梢哉f，物聯網技術為我國正在轉型期間的智慧農業帶來了全新的技術理念與有利條件，值得更深一步研究和推廣應用。

1 基于農業物聯網技術的智能大棚系統耗水量分析

基于現代農業的物聯網關鍵技術有許多，例如農業信息感知技術、處理技術以及傳輸技術等等，它們中還涉及到農業傳感器、GPS定位系統、無線射頻識別器、遙感以及二維碼技術等等。這些技術圍繞農業環境信息展開，對種植農作物中的空氣、溫濕度、土壤水分含量、肥料以及化學元素數據進行分析，為農業作物在生長階段提供了全方位的技術監測，隨時為農業生產提供各式各樣的技術支持。本文所提到的基于物聯網技術的智能農業大棚灌溉系統，它就是考慮到大棚中不能直接利用天然降水，需要為其尋找灌溉水源渠道。為了避免傳統人工灌溉的不確定性，圍繞物聯網所創建的灌溉模型就實現了對智能農業大棚系統的精確化灌溉管理，其中也包括了對大棚耗水量的技術管理。

首先，要明確智能化農業大棚系統雖然在科技技術上相對發達，但是它所能提供的農作物生長環境與野外大田作物還是存在明顯區別的，就比如說作物生長環境差別。先說光照條件，大棚內是要明顯弱于野外大田的，而反觀增溫保濕控制效果則相對強于大田種植。而在最重要的灌溉方面，農業大棚的灌溉水源主要來自于人工供水，它雖然不受雨水天氣環境限制，但是畢竟大棚內的環境相對十分封閉，內部風流動速度相對較小，對水的蒸發作用也相對薄弱，這讓大棚內始終處于一個濕度較高的水平，平穩了大棚灌溉中對耗水量的需求。本文以浙江麗水縉云縣在2014～2015年度的大棚黃瓜種植為例，對其耗水量數據進行量化分析。首先選取長度為25m，寬度為2.5m的大棚地塊展開試驗，通過物聯網數據庫技術對大棚黃瓜種植的月耗水量與平均月溫度值進行統計比較，結果如表1。

從表1可以看出縣內智能大棚黃瓜種植的月平均耗水量及溫度變化整體趨勢，二者存在相似關系，呈現中間階段高初期末期階段低的波峰波谷狀態。所以說，溫度因素對智能大棚的耗水量影響是偏大的，而其余因素則可以忽略不計。利用溫度數據分析來估算大棚的平均耗水量也是灌溉模型建立的關鍵基礎[1]。

2 智能大棚系統灌溉模型簡析

考慮到表1中智能大棚中的溫度數據處于波動起伏狀態，所以要根據不同時段的不同溫度條件來評估大棚中黃瓜種植的耗水量F（Ti）隨溫度變化的基本變化規律。根據數據庫數據對大棚2014～2015年度種植的耗水量進行整體分析，再將日平均溫度作為衡量大棚耗水量的重要指標，為大棚日平均耗水量基于平均溫度T進行線性函數模型建立：

F（Ti）=k x T

再根據以上灌溉函數模型來估算大棚的日平均耗水量，進而得到大棚黃瓜實施灌溉的具體時間：

在公式中，灌溉總水量即：

根據上述模型每天從數據庫中調用歷史溫度數據以及假設溫度數據，其目的就是分析和計算大棚黃瓜在生長期間的具體灌溉時間（以天為基本單位）。確定好灌溉時間和每天灌溉時間以后，就可以利用上位機來發送智能控制指令，對黃瓜作物實現每日自動灌溉，每天灌溉后都會對大棚耗水量進行數據分析，然后結合黃瓜生長情況計算次日的灌溉水量，以此類推日復一日進行[2]。

3 灌溉模型的應用

首先，灌溉模型中的硬件結構通過網關、繼電器來控制電磁閥開關，并借助上位機發送命令來實現灌溉指令，最終形成實際灌溉行為。每天大棚灌溉系統的用水總量都要通過流量傳感器來精細計算，每當水流經過流量傳感器時，數據線就會產生持續脈沖，通過脈沖來實現對用水量的評估。在每天的農作物灌溉過程中，都要提前設置灌溉水量上限，根據實際需求來確定灌溉流程和灌溉起始時間。在系統模型中，網關除了采集和上傳上位機命令數據并實現信息傳達外，它還能夠在農作物灌溉過程中實現合理的組織協調功效，如圖1。

如圖1所示，灌溉模型主要利用上位機結合智能通訊方式來實現對農業大棚中農作物的灌溉功能。當灌溉工作開始后，系統模型會將控制命令發送到各個網關節點，通過網關節點來具體驅動相應結構控件的功能操作，按照順序一步步完成灌溉流程[3]。

4 總結

本文基于物聯網諸多技術所設計的智能大棚灌溉模型在農業種植上實現了節水與精確灌溉功能，相比于傳統人力灌溉更加省力，灌溉精確度更加到位，在獲取歷史數據方面也相當便捷，誤差較小?？傮w來說它是具有很好的業界實用價值的，值得在縣內智慧農業大棚系統的未來建設中進行更深層次的科學研究與應用推廣。

參考文獻

[1]張新，陳蘭生，趙俊等.基于物聯網技術的智慧農業大棚設計與應用[J].中國農機化學報，2015，36（5）：90-95.

[2]王建平，房振宏，焦翠玲等.基于物聯網技術的智能蔬菜大棚構建[J].廣東農業科學，2011，38（5）：200-201.

[3]初洪龍.基于物聯網的智能農業大棚的研究與實現[D].大連理工大學，2014.39-45.